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二叠纪瓜德鲁普世是一个极为关键的时段,全球发生了一系列重大地质和生物事件,包括:1)泛大陆由石炭纪-二叠纪早期的汇聚阶段开始转入裂解阶段,并导致海底扩张,在华南地区发生了大规模玄武岩喷发,海水87Sr/86Sr比值在二叠纪中期达到了古生代最低值。2)二叠纪中期也是晚古生代大冰期结束,并向温室效应转变的一个重要过渡时期。3)瓜德鲁普世末全球海平面降到了古生代的最低点,并导致大陆风化加剧,海水中物理化学条件也发生了重大变化。4)前乐平世末(瓜德鲁普世末)发生了生物灭绝事件,包括蜓、四射珊瑚等多个门类生物遭到重创。因此,建立瓜德鲁普世高精度的生物地层、化学地层和年代地层框架,对于确定当时全球一系列重大生物和地质事件的先后顺序,解释相互关系和原因具有重要的科学意义,而华南和北美德克萨斯地区作为全球瓜德鲁普世海相地层发育最完整的区域,具备建立瓜德鲁普统高精度综合年代地层框架,并研究其环境演变的条件。 因此,本文对华南和北美德克萨斯州瓜德鲁普统标准地区的十余条剖面进行了高分辨率牙形类生物地层、高精度碳同位素化学地层、锶同位素地层和牙形类氧同位素地球化学的综合研究,尝试用多种技术手段,从多个方面来探讨华南和北美二叠系瓜德鲁普统的高精度综合地层对比及环境演变过程。 通过研究华南地区广西蓬莱滩剖面、四川立石河剖面、长江沟剖面、南京正盘山剖面和安徽平顶山剖面,北美德克萨斯州瓜德鲁普统标准地区StratotypeCanyon剖面、Getaway Ledge剖面、Nipple Hill剖面、Patterson Hill剖面和GordenBell剖面空谷阶至瓜德鲁普统的牙形类化石,采用样品-居群的鉴定方法,识别出4科10属27种/亚种,其中包含2个未定新种,分别为Mesogondolella lamberti, Jinogondolella nankingensis,J.gracilis,J.aserrata,J.postserrata,J.shannoni,J.altudaensis,J.prexuanhanensis,J.xuanhanensis,J.granti,J.palmata, Clarkinapostbitteri hongshuiensis,Hindeodus excavatus,Hindeodus sp., Ellisonia sp.,Neostreptognathodus cf.prayi,Neostreptognathodus sp.A,Sweetognathus adjunctus,S.bicarinum,S.subsymmetricus,S.iranicus hanzhongensis,S.fengshanensis,Sweetognathus sp.nov.A,Iranognathus paralanceolatus,Pseudohindeodus ramovsi,Pseudohindeodus sp.nov.A和Pseudosweetognathus costatus。修订、描述和讨论了所涉及牙形类化石的属种鉴定和分类学问题。在此基础上,建立了完整的华南地区瓜德鲁普统高分辨率牙形类生物地层框架。华南地区整个瓜德鲁普统可以识别出9个牙形类化石带,自下而上包括Jinogondolella nankingensis带,J.aserrata带,J.postserrata带,J.shannoni带,J.altudaensis带,J.prexuanhanensis带,J.xuanhanensis带,J.granti带和Clarkina postbitteri hongshuiensis亚带。在北美Guadalupe Mountians地区,根据复合剖面可以识别出6个牙形类化石带,自下而上为Jinogondolella nankingensis带,J.aserrata带,J.postserrata带,J.shannon带,J.altudaensis带和J.prexuanhanensis带。 通过对比华南和北美德克萨斯州瓜德鲁普统标准地区的牙形类化石有以下新发现:1)Jinogondolella nankingensis的首现层位由于标本数量少,不容易确定,给精确确定罗德阶底界带来困难,在华南地区仅大致确定于栖霞组的上部,在北美地区位于Cutoff组中部,带锯齿的Jingondolella标本在北美罗德阶底界GSSP之下已经开始出现。2)沃德阶底界GSSP之下12m左右,即Getaway灰岩段底界附近已经出现大量的J.aserrata,由于Getaway灰岩段之下为一大套砂岩,不含牙形类化石,因此J.aserrata带底界在德克萨斯标准地区不能被识别,沃德阶底界GSSP的定义需要重新考虑。3)J.postserrata在卡匹敦阶底界GSSP位置仅能发现极少量标本,并且GSSP剖面顶部地层大量缺失,给建立连续的牙形类演化序列带来困难。4)北美地区瓜德鲁普统顶部普遍缺失J.xuanhanensis带,J.granti带和Clarkina postbitteri hongshuiensis带所代表的海相地层,目前发现的最高化石带为Jinogondolella prexuanhanensis带,改变了以往北美具有完整的瓜德鲁普统牙形类化石带序列的观点。 华南地区蓬莱滩剖面、立石河剖面、长江沟剖面和北美德克萨斯标准地区空谷阶到瓜德鲁普统顶部的全岩碳同位素研究表明,两个地区的δ13C值在乌拉尔世晚期和整个瓜德鲁普世均处于4‰的高值区,较大时间尺度内δ13C值的变化趋势较为一致,罗德阶附近两个地区均存在一个较长时间的δ13C值负偏区,可能具有全球性对比意义。大致对应于Wordian的δ13C值变化呈现两种情况,一是一个持续上升的过程,另一个是经过快速的上升后维持在一个高值区,这种差异可能是后期成岩作用影响、不同剖面的岩相差异或相对海平面变化造成的。卡匹敦阶以碳同位素正漂为标志的“Kamura事件”在华南和北美的碳同位素曲线上没有明显的表现。在高精度的牙形类化石带框架下,华南和北美瓜德鲁普世地层的δ13C值变化趋势很难精确对应。 美国德克萨斯标准地区瓜德鲁普统的87Sr/86Sr比值整体要高于华南地区蓬莱滩剖面,前者均值为0.707480,主体在0.7075附近,后者均值为0.70707,主体位于0.7071附近,说明当时三面被陆地环绕的达拉维盆地受到较多陆源碎屑供应的影响,导致87Sr/86Sr比值较高,而华南位于古特提斯洋的广阔海域内,锶同位素可以和古特提斯洋及泛大洋充分交流,因此87Sr/86Sr比值较低。蓬莱滩剖面Jinogondolella xuanhanensis带的最顶部出现了瓜德鲁普世地层的87Sr/86Sr最低值,为0.70693,这为全球对比提供了一个重要的时间点。而北美德克萨斯标准地区最高的化石带J.prexuanhanensis带内,87Sr/86Sr值仍处于下降趋势中,说明该地区瓜德鲁普统顶部牙形类化石带序列发育不完整。 华南和北美牙形类氧同位素研究表明两个地区瓜德鲁普统罗德阶均可能处于一个短暂降温的过程中。沃德阶及卡匹敦阶中下部两个地区温度变化均不大,但是华南地区整体比北美德克萨斯地区高4℃左右,说明北美达拉维盆地当时可能受到沿泛大陆西侧的寒流影响使得海水温度较低。华南地区卡匹敦阶顶部δ18O值有一个明显降低,而北美地区瓜德鲁普统最高的地层仍然没有显示出这一降低趋势。澳大利亚及其临近古地理区域瓜德鲁普世出现的两次冰期,在华南和北美均没有明显表现。